针对国内污水处理现状研发一套新型污水处理工艺。新工艺为序批式泥膜复合生物滤池 CSBF 和深度处理滤池 EBF 串联而成的新型复合生物滤池。CSBF 区别于传统生物滤池在于采用泥膜复合形式，工艺系统中活性污泥与生物膜并存，借助漂浮滤床过滤功能维持生物多种群高浓度双泥龄；借鉴CASS 工艺，采用序批式间歇运行，兼具 CASS、MBBR 和 MBR 工艺优点。BEF 为陶粒滤床与砂滤滤床结合的深度脱氮除磷滤柱。本次实验研究了新型复合滤池工艺对城镇污水的处理效果。
实验部分
1.1 实验设备与工艺流程
实验采用一体化序批式泥膜复合生物滤池CSBF 和深度处理滤池 EBF 串联的新型复合生物滤池工艺。实验设备见图 1。
CSBF 设备为圆柱形罐体，主体尺寸为 D×H=2 600 mm×6 300 mm，占地 5.3 m2。设备内部分两级，第一级为Ⅰ号降流缺氧池，进水由池顶降流，池内不曝气保持缺氧环境。第二级为Ⅱ号升流曝气池，升流进水，池内安装曝气系统，在曝气阶段开启；同时池内填充 2 m 陶粒滤料，用于生物挂膜，形成泥膜复合环境，在陶粒层中上部布有出水环形管，用于设备硝化液回流与系统出水。设备底部装污泥回流泵，回流污泥至Ⅰ号降流缺氧池。EBF 为 D=400 mm 的柱形设备，设备同时填充陶粒滤料和滤砂，陶粒滤料有深度脱氮除磷效果，同时也起过滤预处理作用，减轻砂滤层过滤压力。实验设备运行工艺流程如图 2 所示。
CSBF 采用曝气阶段、静置阶段、环形管回流阶段和进水出水阶段四阶段序批式运行，曝气阶段Ⅱ号池曝气，同时顶部硝化液气提回流至一号池，推动Ⅰ号池污水进入Ⅱ号池，污水在设备内循环，与填料生物膜充分接触，发挥生物膜去除污染物优势；静置阶段停止曝气，系统内污泥自由沉降，泥水分离；环形回流阶段用于抽滤混夹于陶粒中的活性污泥混合液，提高出水阶段出水水质；进水出水阶段开启进水，通过进水顶托设备出水，同时开启污泥回流，回流底部污泥菌种与进水接触实现反硝化脱氮。CSBF出水至中继储水罐后由提升泵打入 EBF 设备，深度去除 SS、TN、TP。 1.2 进水水质
实验在广州某污水厂进行，实验采用污水厂同源污水，实验期间进水水质及相关出水水质指标标准见表 1。
1.3 实验方法
设备启动时先引入约 1/3 设备体积的活性污泥，进水流量由 20 m3/d 逐渐提升到 50 m3/d，当出水COD 去除率达 65%，氨氮去除率达 65%，对 TN、TP去除率达 20%可认为挂膜完成。待挂膜完成后采用 1 h 周期序批式运行，其中曝气阶段 25 min，沉淀阶段 10 min，气提回流 5 min，进水出水 20 min，保持进水流量 6.6 m3/h，气水比 5:1，HRT 10.2 h，取 20天运行数据分析，实验过程中需要对水质指标进行检测。COD：重铬酸盐法，HJ 828－2017；NH3-N：纳氏试剂分光光度法，HJ 535－2009；TN：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，HJ 636－2012；TP：钼酸铵分光光度法，GB/T 11893－1989。
结果与讨论
2.1 新型复合滤池去除 COD
实验期间进水 COD 在 195～323 mg/L 波动，进水平均值为 266 mg/L，出水 COD 最大值 23.0mg/L，最小值 8.0 mg/L，出水平均值 13.9 mg/L，COD平均去除率94.63%。出水 COD 稳定优于污水综合排放标准 GB 8978－1996 的一级 A 标准，可达地表水Ⅳ类标准。实验期间新型复合滤池对 COD 去除效果如图 3 所示。
传统生物膜法生物膜密度高，耐冲击负荷能力强，但对有机物去除率一般在 70%～90%，而活性污泥法对 COD 去除率可达 90%～98%[3]。CSBF 系统为泥膜复合环境，既有高密度生物膜，又兼具活性污泥，综合了二者优势，因此 CSBF 系统可应对水质波动变化，同时也有较高的 COD 去除率。运行前期出现出水 COD 升高情况，分析原因为设备刚完成挂膜，对进水处理尚未达到完全稳定状态，因此运行初期在一定程度上会受水质波动影响。系统运行稳定后，新型复合滤池对 COD 去除效果趋于稳定，出水COD 维持在 16 mg/L 以下，受进水水质波动影响小，印证了该工艺有较强的抗冲击负荷能力和良好的 COD 去除效果。
2.2 新型复合滤池去除 NH3-N
新型复合生物滤池对 NH3-N 处理效果如图 4所示。实验期间 NH3-N 进水质量浓度在 13.5～27.4mg/L 波动，平均进水 NH3-N 质量浓度 20.94 mg/L，实验期间逢雨天，进水 NH3-N 质量浓度便相应降低，进水 NH3-N 质量浓度受气候影响较明显。设备出水 NH3-N 质量浓度最大值 0.55 mg/L，最小 0.04mg/L，平均出水质量浓度 0.2 mg/L，远优于 GB8978－1996 的一级 A 标准，可达地表水Ⅳ类标准。设备对 NH3-N 去除率平均可达 99.02%
在好氧环境下，污水中的硝化细菌将 NH3-N 氧化为亚硝酸盐和硝酸盐实现水中 NH3-N 去除。硝化自养菌的世代时间长，且对底物、溶解氧和 pH 条件要求较苛刻，在污水中有机物浓度较高的情况下，相对异养菌容易处于生长劣势。设备填充的生物滤料为微生物生长提供附着点，微生物在滤料表面生长形成生物群落更丰富的生物膜，其中就包含世代周期长的硝化细菌。因此相比活性污泥法，生物膜法中硝化细菌更能发挥硝化作用，去除 NH3-N 效果更稳定可靠。新型复合滤池兼具活性污泥和生物膜，对 NH3-N 有极佳的处理效果。分析图 4 可知，在气水比 5:1 条件下，设备出水NH3-N 维持在 0.55 mg/L 以下，NH3-N 去除效果受进水 NH3-N 质量浓度影响小，处理效果优而稳定可靠。出水 NH3-N 最高 0.55 mg/L 出现在运行初期，分析原因为此时设备刚完成挂膜，系统运行还未达到完全稳定，因此出水 NH3-N 略高于整体出水水平，待系统稳定运行后出水 NH3-N 维持在 0.3 mg/L 以下。 2.3 新型复合滤池去除 TN
新型复合生物滤池对 TN 处理效果如图 5 所示。实验期间进水 TN 质量浓度在 16.1～34.2 mg/L波动，进水 TN 质量浓度同样在雨天时降低，受气候影响明显。出水 TN 平均质量浓度 5.34 mg/L，最高9.3 mg/L，最低 3.0 mg/L，平均去除率 77.89%，可稳定达 GB 8978－1996 的一级 A 标准。
由图 5 可知，运行前期 TN 有一次升高的波动，是由于系统刚完成挂膜尚未进入完全稳定运行阶段。而后出水 TN 维持在 3.0～6.9 mg/L，这是由于该阶段系统基本稳定，加上此阶段遇到雨天，进水 TN浓度下降，污染负荷降低，导致 出水 TN 质量浓度较低。而在实验末期出水 TN 有随着进水质量浓度升高而升高的趋势，说明进水 TN 浓度波动一定程度上会影响新型复合滤池对 TN 的去除效果。污水中 TN 的去除是利用反硝化细菌在缺氧条件下，利用水中碳源，将 NOx--N 作为电子受体完成反硝化反应，将 NOx--N 转化为 N2 排入大气。新型复合滤池内存在两处可实现反硝化的环境。其一是填料表面的生物膜。受传质阻力影响，生物膜由外及里会逐渐形成好氧、兼氧、缺氧厌氧环境，在生物膜内层反硝化细菌可发生反硝化作用将 NOx--N 转化为N2。其二是Ⅰ号降流缺氧池，池内始终不曝气，为反硝化细菌提供缺氧环境。设备在进水出水阶段同时开启污泥回流，回流的反硝化细菌与进水碳源充分接触，可最大限度利用进水碳源去除 TN。新型复合滤池出水 TN 虽已稳定达到一级 A 标准，但仍有优化空间。优化途径在于将硝化液回流方式由气提回流更改为污泥泵回流，原因为采用气提回流节约了运行成本，但提高了回流水 DO 值，有可能破坏Ⅰ号池顶部缺氧环境进而影响反硝化反应进行。
2.4 新型复合滤池去除 TP
新型复合生物滤池对 TP 处理效果如图 6 所示。实验期间进水 TP 质量浓度在 3.0～4.8 mg/L 波动。出水 TP 平均质量浓度 0.07 mg/L，最高 0.27mg/L，最低 0.01 mg/L，平均去除率 97.99%，显著优于 GB 8978－1996 的一级 A 标准，可达地表水Ⅳ类标准。
由图 6 可知，设备刚挂膜完成后的初步运行阶段出水 TP 质量浓度达到最大值 0.27 mg/L，而后随着系统进入稳定运行阶段，对 TP 去除效果趋于稳定，后期出水 TP 基本维持在 0.1 mg/L 以下，显著低于 GB 8978－1996 一级 A 标准的 0.5 mg/L，基本稳定达到地表水Ⅳ类标准 0.3 mg/L，说明新型复合滤池对 TP 去除效果稳定且良好。污水处理中一般生物除磷和化学除磷两种方式去除 TP。生物除磷利用聚磷微生物在厌氧释磷，好氧超量吸磷的特性将污水中的 TP 转移到活性污泥中，通过排出剩余污泥除去污水 TP。而化学除磷是通过向水中投机聚合氯化铝（PAC）、聚合氯化铝铁（PAFC）等絮凝剂，将 TP 转化为磷酸盐沉淀后通过沉淀、过滤等方式去除[7]。新型复合滤池中 CSBF滤池由Ⅰ号缺氧池和Ⅱ号曝气池组成，具备厌氧好氧交替环境，因此具备生物除磷条件。CSBF 滤池出水和 PAFC 混合后进入 EBF 深度处理滤池，采用化学除磷强化 TP 去除。信心复合滤池同时具备生物除磷和化学除磷条件，二者结合使系统有良好稳定的除磷能力。
结 论
新型复合滤池由序批式泥膜复合生物滤池（CSBF）和深度处理滤池（EBF）串联而成。CSBF分缺氧好氧两级，在好氧池中填充 2 m 填料用于生物挂膜，池底生长活性污泥，系统内为泥膜复合环境，兼具生物膜法和活性污泥法的优点，具有良好的污染物去除效能和抗冲击负荷能力，进水水质波动对出水水质影响小。EBF 采用破碎滤料与砂率复合的生物滤柱工艺，强化 SS、TN、TP 去除。CSBF 1 h 运行周期分配：曝气阶段 25 min，沉淀阶段 10 min，气提回流 5 min，进水出水 20 min，运行时保持进水流量 6.6 m3/h，气水比 5:1，HRT 为10.2 h，监测 20 天运行数据，结果表明新型复合生物滤池对 COD、NH3-N、TN、TP 等污染物指标去除效果稳定可靠。监测期间污染物进水平均 COD266.05 mg/L、NH3-N 质量浓度 20.94 mg/L、TN 质量浓度 24.46 mg/L、TP 质量浓度 3.67 mg/L，平均出水水质 COD 为 13.96 mg/L、NH3-N 质 量浓度0.21 mg/L、TN 质量浓度 5.34 mg/L、TP 质量浓度0.07 mg/L； 平 均 去 除 率 分 别 达 到 94.63% 、99.02% 、77.89% 、97.99% ， 出 水 稳 定 达 到 GB8978 －1996 的一 级 A 标 准 ，COD、NH3-N、TP 可达地表水Ⅳ类标准。
来源 | 清慧环保
编辑 | 小鱼
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